CNC-Fräsen oder HSC Highspeedcutting?

HSC Highspeedcutting, oder doch nur  CNC-Bearbeitung auf Fräsen und Drehmaschinen. Oder Rapid Prototyping? Die Industrie befindet sich im Wandel, wie noch nie.

Mit meinem großem Interesse an HSC Highspeedcutting, einhergehend mit meinen eigenen Erlebnissen in der CNC-Bearbeitung erkenne ich mehr und mehr, dass es in der CNC-Bearbeitung auch noch andere Techniken gibt, als wir es von unseren kleinen Maschinen kennen. Ob es jetzt unsere CNC-Standfräsen mit niedrigen Drehzahlen oder unsere CNC-Portalfräsen mit Schnelläuferspindeln bis zu den üblichen 24.000 U/Min sind, die Industrie hat ganz  andere Vorgaben und Ziele, die es zu erreichen gilt. Umso mehr, als die Automatisierung eine immer grösser werdende Rolle spielt.

Ich erinnere mich an eine Geschichte über Modellbau (Prototyping), als ich 12 Jahre alt war (meine Frau wurde gerade geboren):

Allerdings ohne den Zusatz „Rapid“ – Anfang 1970 benötigte die US Army einen Ersatz für den leichten Mehrzweckhubschrauber Bell UH-1 „Iroquois“, der sich im Vietnamkrieg zwar bewährt hatte, aber doch mehrere entscheidende Mängel wie die mangelhafte Selbstschutzmöglichkeit und die für manche Missionen zu geringe Nutzlast und Reichweite aufwies (Zitattext aus Wikipedia).

Folglich initiierte die US-Army im Jahr 1972 einen Wettbewerb zur Konstruktion eines mittelschweren taktischen Transporthubschraubers. Teilgenommen hatten die Konzerne Boeing, Bell und Sikorsky. Sikorsky, damals am Rande des Ruins, es standen bereits 78 Prozent der Fertigung mangels Aufträgen still, gewann die Ausschreibung und überlebte. Der heute in ganz Europa, auch in Österreich eingesetzte und bekannte „Black Hawk“ ging in Serie und ist seit 1978 kaum verändert in Betrieb und wird auch rege weiterentwickelt.

Doch was hat das mit uns zu tun? Was hat das mit CNC und Rapid Prototyping zu tun?

Ganz einfach:

Damals benötigten die 3 beteiligten Firmen für diesen Wettbewerb alle ihre Ressourcen, die sie als Konzerne zur Verfügung hatten – so groß war das Auftragsvolumen. Nahezu alle Mitarbeiter, alle Maschinen, alle verfügbaren finanziellen Mittel, um ganze 4 Jahre lang einen voll einsatztauglichen Prototypen zu schaffen, der dann die Entscheidung herbeiführen sollte, wer den riesigen Auftrag bekommt. Die schier nicht enden wollende Handarbeit und die vielen Mannstunden könnt Ihr Euch sicher vorstellen? Heute wäre das ohne Automatisierungstechnik unvorstellbar.

In der Gegenwart ist die zuverlässige Produktion von großen Stückzahlen mit hoher Qualität, verbunden mit niedrigen Lohnkosten der Weg zum Erfolg. Nicht alles kann in Billiglohnländer ausgelagert werden. Immer mehr große Firmen, ließen mit billigen, aber schlecht ausgebildeten Billiglohnkräften im Osten oder gar in Fernost an Hitech-Maschinen vermeintlich günstig produzieren. Jetzt sehen sie die Vorteile von heimischer Produktion und kehren zurück nach Deutschland.

Während also Prototypen früher handwerklich erstellt wurden, sind durch die Industrialisierung der Produktentwicklungsprozesse automatisierte Produktionsverfahren entstanden. Anstelle Modellbau mittels Kartonagen, Schaumstoffen und Holz werden Urmodelle heutzutage computergestützt gefertigt.

Die uns Hobbyisten bestens bekannten Technologien CNC-Fräsen und CNC-Drehen haben dabei eine Hauptrolle, zählen sie doch seit jeher zu den bewährten subtraktiven Verfahren. Sie sind nach wie vor im Produktionsbetrieb nicht wegzudenken, im Gegenteil, sie haben bessere Zukunftsaussichten als je zuvor. Deswegen, weil sich neue, additive Verfahren wie 3D-Druck dazugesellen und beide Verfahren sich hervorragend ergänzen.

Technik, erreichbare Ergebnisse:

Ob Stahl, Buntmetall, Kunststoff, Keramik, 3D-gedruckt werden schon viele Materialien, und CNC-Verarbeitung ist dabei immer ganz vorne mit dabei. Erreichbare Toleranzen, Funktionen oder Belastbarkeitkeiten beider Techniken können immer besser kombiniert werden und mit den herkömmlichen Verfahren kann 3D-Technik entsprechend nachbearbeitet werden. Aber auch wollen die 3D-Drucker erst einmal durch andere Maschinen gebaut werden. Damit meine ich jetzt wirklich nicht unsere kleinen, lieben 3D-Drucker-Modellbausätze, sondern große, oft riesengroße Anlagen.

Anlagen, mit denen beispielsweise die Fahrzeugindustrie ganze Gussblöcke für die Motoren, Auspuffkrümmer und andere Teile aus Metallpulver „herausbäckt“: In 3D-Druckern, die so groß wie daheim unsere Swimmingpools sind. Der Airbus A380 würde ohne eine gelungene Kombination dieser Technologien heute noch nicht fliegen.

Nur geht es dabei, ja richtig, wieder ums Geld. Sehr gefragt bei diesen Produktionsmodellen ist deswegen das HSC-Fräsen:

Wo Geld und Qualität entscheiden, sind Schnelligkeit und
hohe Anforderungen die direkten Nachbarn.

„HSC“ bedeutet Highspeed Cutting und nennt sich eingedeutscht auch HGZ (Hochgeschwindigkeitszerspanung). Ultrahohe Werkzeugschnittgeschwindigkeiten, Drehzahlen bis 60.000 U/Min. mit hohen Vorschüben führen zu effizienten, hochpräzisen Werkstücken mit hervorragender Oberflächengüte. Die Spandicke, die dabei anfällt, ist jedoch sehr viel geringer als im Vergleich zu anderen Zerspanungsverfahren.

Durch Eigenschaften von HSC Highspeedcutting, wie:

• geringere Schnitttiefe
• geringere Bearbeitungstemperatur
• hohe Drehzahl
• bis zu 10fach höherem Vorschub

können die Bearbeitungszyklen verkürzt werden, die Nachbearbeitungen geringer gehalten werden und die Qualität gesteigert werden.  Das zu bearbeitende Material bleibt im Gegensatz zur herkömmlichen CNC weitgehend verzugsfrei – unter anderem deswegen, weil mit HSC Highspeedcutting sehr dünne Materialabträge möglich sind.

Ziel bei HSC ist es, auch alle anderen Tätigkeiten zu automatisieren. Das führt über den richtigen Einsatz von Software wie CAD/CAM, Belastungssimulation, Fertigungssimulation, automatische Werkstückzuführung, 5-Achsen-Bearbeitung, bis zum fertigen Produkt. Alles möglichst ohne den „teuren“ Faktor Mensch an der Maschine. Das heißt, begonnen bei der Modellierung über die Vorbereitung bis hin zur Fertigstellung muss die HSC-Software sämtliche Arbeitsschritte unterstützen können und die Geschwindigkeit bei der Verarbeitung muss hoch sein.

Denn nur dann geht damit eine deutliche Verbesserung der Wettbewerbsfähigkeit des Maschinenbaus und der Produktivität einher.

Ihr könnt Euch nun sicher vorstellen, warum bei den vielen Qualitätsfräswerkzeugen, die man auf Ebay findet, der Preis immer dann besonders hoch ist, wenn in der Typenbezeichnung die Buchstaben „HSC“ aufscheinen?

Betriebe, die sich derart spezialisieren und auf HSC Highspeedcutting – Technik setzen, haben besonders hohe Anforderungen an KnowHow, größere Investitionskosten für Maschinen, Werkzeug, aber auch für Ausbildung der Mitarbeiter und für die Produktion selbst. Die speziellen Frässpindeln müssen besonders oft und teuer gewartet werden. Belastungen und extreme Drehzahlen führen zu rascherem Austausch und aufwändiger Wartung, wenn die Spindellagerung nicht stimmt, schnellen die Kosten für Fräserbruch in die Höhe. Abschirmungs- und Schutzmaßnahmen sind notwendig, da Bruch- und Spanstücke ähnlich hohe Fluggeschwindigkeiten erreichen wie Projektile aus Waffen.

Um mit Bildern und Beispielen zu sprechen, so meine ich, hat Deutschland in Europa eine Vorreiterrolle für diese neue Technik.

Ein Beispiel dazu:

Natürlich hatte ich für diesen Artikel auch ausgiebig recherchiert, denn alles weiß ich ja auch nicht, so aus dem Stehgreif :-), und bei meinen Recherchen für diesen Artikel ist mir heute Abend also eine Firma aufgefallen, die auch für uns Modellbauer einen echten Mehrwert hat. Ein Bindeglied zwischen Hobby und günstiger Perfektion, die Firma Vioproto.

Die Webseite der Firma bietet nämlich für uns interessante Informationen, und einige davon habe ich sogar in diesem Artikel eingearbeitet. Ob es ums CNC-Fräsen bzw. CNC-Drehen geht, oder auch um das von mir erwähnte Highspeedcutting – Verfahren HSC. Ihr werdet, was Eure Neugier betrifft, dort schnell fündig und ein kurzer Besuch wird Euch meinen Eindruck bestätigen. Ich weiß jetzt nicht, wo Euer Hobbybudget endet, aber die Firma bietet auch Kleinserienfertigung an und einige dieser Fotos dort erinnern mich doch „irgendwie sehr stark“ an unsere eigenen CNC-Produkte aus eigener Hobbyfertigung. Ähnlich, wie bei uns selbst, gilt auch bei dieser Firma:

Nur, Schokolade und Pizza drucken sie noch nicht für uns!

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